Материал параграфа поможет вам:
понять, что происходит при образовании раствора; объяснять тепловые эффекты, наблюдаемые при растворении веществ.
Образование раствора. Процесс образования раствора достаточно сложный, так как помимо физических явлений он часто сопровождается химическими явлениями.
Рассмотрим, как происходит растворение в воде ионного вещества. При попадании кристалла вещества в воду ее молекулы притягиваются своими противоположно заряженными частями к каждому иону, находящемуся на поверхности кристалла (рис. 7). Если силы такого взаимодействия преобладают над силами притяжения между катионами и анионами в кристалле, ионы постепенно отделяются друг от друга и переходят в воду. Кристалл растворяется. В образовавшемся растворе находятся ионы растворенного вещества, соединенные с молекулами воды. Такие частицы называют гидратированными1.
1 Растворение натрий хлорида в воде можно проиллюстрировать такой схемой:
Рис. 7.
Растворение ионного кристалла в воде
Изобразите в тетради гидратированные катион Бария и гидроксид-ион.
Образование гидратированных ионов обуславливает существование кристаллогидратов (§4).
Растворение молекулярных веществ в воде может происходить по-разному. Если, например, молекулы кислорода, спирта, сахара, попадая в воду, не подвергаются изменениям, то молекулы хлороводорода, сульфатной кислоты распадаются на ионы (§ 7). Растворение углекислого газа в воде сопровождается химической реакцией — образованием карбонатной кислоты. Заметим, что при этом с водой реагирует лишь незначительная часть кар-6oh(IV) оксида.
Процесс образования водного раствора можно разделить на три стадии:
1. Взаимодействие частиц вещества и молекул воды.
2. Отделение частиц вещества (молекул, ионов) друг от друга под влиянием молекул воды.
3. Диффузия вещества и воды, т. е. распределение частиц одного вещества между частицами другого (рис. 8).
При растворении газа в воде вторая стадия отсутствует.
Для того чтобы твердое вещество растворялось быстрее, его измельчают, увеличивая поверхность контакта частиц вещества с растворителем. Кроме того, растворение проводят при перемешивании, а иногда и при нагревании.
Тепловой эффект при растворении. Образование раствора сопровождается выделением или поглощением теплоты.
Возникновение теплового эффекта при растворении можно объяснить следующим образом. Взаимодействие частиц вещества и молекул воды (первая стадия растворения) происходит с выделением теплоты. Чтобы разъединить молекулы или ионы вещества (вторая стадия растворения), необходимо затратить энергию; на этом этапе теплота поглощается. Если на первой стадии растворения выделяется больше теплоты, чем поглощается на второй стадии, происходит разогревание раствора, а если наоборот — раствор охлаждается.
Смешав спирт или сульфатную кислоту с водой, наблюдаем разогревание раствора (во втором случае — довольно сильное). Причина заключается в том, что на второй стадии растворения этих веществ поглощается мало теплоты, поскольку молекулы спирта или кислоты притягиваются друг к другу очень слабо.
Разбавленный раствор сульфатной кислоты готовят так. Концентрированный раствор кисло-
ты доливают в воду (рис. 9), причем медленно, небольшими порциями, постоянно перемешивая и охлаждая емкость водопроводной водой. Если же добавлять воду в концентрированную кислоту, то образующийся раствор может даже закипеть, а брызги кислоты — попасть на кожу и вызвать сильные ожоги.
Иногда при образовании раствора обнаружить тепловой эффект не удается (например, при растворении поваренной соли в воде). На самом деле он есть, но незначительный.
ВЫВОДЫ
Образование раствора — сложный физикохимический процесс. Он состоит из нескольких стадий, на которых происходит взаимодействие молекул воды с веществом, отделение частиц вещества (молекул, ионов) друг от друга и переход их в растворитель.
При разрушении кристалла растворяющегося вещества теплота поглощается, а при гидратации ионов или молекул вещества — выделяется.
16. Опишите явления, происходящие при растворении вещества в воде.
17. Объясните, в чем различие между растворением сахара в воде и цинка в хпоридной кислоте.
18. В каком случае при растворении вещества происходит:
а) выделение теплоты;
б) поглощение теплоты?
19. Будет ли зависеть тепловой эффект растворения вещества от его агрегатного состояния? Ответ аргументируйте.
20. Как можно достичь быстрого растворения твердого вещества в жидком растворителе?
21. Как вы думаете, почему при образовании водного раствора натрий нитрата температура жидкости понижается, а при растворении натрий гидроксида — повышается?
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля